Wechselspannung bei Transformatoren?
Warum benutzt man wechselspannung bei transformatoren und nicht gleichspannung. Und was ist der unterschied?
7 Antworten
Bei einer Gleichspannung ist die Polarität der Spannung immer gleich und der Strom fließt nahezu (je nach Verbraucher) konstant von + nach - (Technische Stromrichtung) Eine Gleichspannung kann auch ihre höhe z.b. in Form einer Sinushalbwelle zwischen den Maximal Wert und den Minimalwert verändern. Man spricht dann von einer pulsierenden Gleichspannung, da die Polarität gleich bleibt + und - sind stehts auf der selben Seite und die Spannung zeigt immer in die gleiche Richtung.
Bei einer Wechselspannung wie die Spannung, die an einer handelsüblichen Steckdose anliegt, ist das ganze etwas anders. Hier verändert die Spannung Sinusförmig ihre Polarität. Im folgenden siehst du eine Gleich und eine Wechselspannung, wie sie sich in Abhängigkeit der Zeit verhält:
Gleichspannung:
Pulsierende Gleichspannung in Form einer Sinushalbwelle (pulsierende Gleichspannung):
Wechselspannung Sinusförmig:
I=U/R. Das ist das Ohmsche Gesetz und besagt, dass beim gleichbleibenden Widerstand der Strom sich verändert, wenn auch die Spannung sich verändert. Zu jedem Zeitpunkt fließt also mal ein kleinerer Strom und mal ein höherer Strom. Bei einer Wechselspannung dreht sich die Richtung des elektronenflusses sogar komplett um und fließt nicht mehr von + nach - sondern jetzt von - nach + usw.
Es gibt Physikalische Gesetze, die beschreiben, wie die Natur sich verhält und ein Gesetz besagt, dass ein magnetisches Feld aufgebaut wird, wenn ein Strom durch einen elektrischen Leiter z.b. Kupferdraht fließt. Die stärke des Magnetfeldes ist dabei proportional zur Stromstärke. Das heißt je mehr Ladungsträger pro Zeit I=Q/t
durch einen elektrischen Leiter fließen, desto stärker wird auch das magnetische Feld welches aufgebaut wird. Je kleiner die Stromstärke, desto kleiner wird auch das magnetische Feld.
Dieses Gesetz wird für den Transformator interessant. Ein weiteres Gesetz besagt, dass in jeden elektrischen Leiter der eine Magnetfeld ÄNDERUNG erfährt eine Spannung induziert wird. Ein Transformator besteht im Prinzip aus Zwei spulen und einem gemeinsamen Eisenkern. Eine Spule entsteht, wenn ein Draht einfach aufgewickelt wird. wichtig ist, dass der Draht selbst für sich isoliert ist, sonst ist es keine Spule mehr und es gibt Kurzschlüsse.
Sobald ein elektrischer Strom durch ein Kupferdraht fließt, baut sich ein magnetisches Feld auf und durch das aufwickeln des Drahtes addiert sich das Magnetfeld der einzelnen Windungen zu ein gesamtes großes Magnetfeld. Der Eisenkern sorgt nur noch dafür, dass das Magnetfeld gebündelt wird, denn sonst würde sich das Magnetfeld einfach nur im Raum ausbreiten und wir hätten nichts gewonnen.
Durch ein Magnetfeld alleine wird zunächst einmal keine Spannung induziert. Es bedarf einer Magnetfeld ÄNDERUNG, denn in jedem Leiter der eine Magnetfeld ÄNDERUNG erfährt wird eine Spannung induziert. Da wir bei einem Gleichstrom ja keine ÄNDERUNG haben kann auch keine Spannung induziert werden.
Bei einem Wechselstrom ändert sich die Stromstärke und die Polarität periodisch (siehe Bild) das heißt, wir haben eine Magnetfeldänderung die nun eine Spannung in die Sekundärwicklung induzieren kann und dann tut ein Transformator das was er tun soll nämlich eine Spannung in die Sekundär spule zu induzieren und so die Spannung hoch oder runter zu Transformieren. Ob wir nun eine Spannung hoch transformieren oder runter transformieren hängt vom Verhältnis in den Windungszahlen der Primär und Sekundärwicklung ab. Je mehr Wicklungen, desto mehr kann induziert werden. So ist es zumindest in einem idealen Transformator. Ein realer Transformator hat noch Verluste die zu berücksichtigen sind wie Eisenverluste, Kupferverluste, Streuinduktivität bzw. Streufluss welches Entsteht, weil ein Teil des Magnetfeldes sich nicht im Eisenkern sondern in der Luft schließt was nicht zu vermeiden ist usw. Das alles ist bei einen Transformator zu berücksichtigen.
Ohne Wechselstrom keine Induktion, ohne Induktion keine Spannung/ Strom. Nur ein wechselndes Magnetfeld ruft eine Induktion hervor. Würe ich ein Gleichspannung an einen Trafo anlegen, würde die zwar eine Mangnetfeld hervorrufen ähnlich einem Dauermagneten, da aber keine Magnefeldänderung stattfindet auch keine Induktion.
Unser Wechselstrom hat 50 Hertz. Das heist er polt sich 50 x in sek. um. Aus Plus wird Minus und aus Minus Plus . Das ruft eine Magnetfeldänderung hervor. So wird aus Nordpol Südpol und aus Südpoll ein Nordpol.
Evtl. hast du noch einen anderen Browser?
Also da wurde nix gepulst.
Der Gleichstromtrafo war damals ein Nebenprodukt (auch nichts was man real gebrauchen könnte). Entdecker war der spätere Nobelpreisträger Dr. Ivar Giaever.
Das Experiment zeigte halt, dass auch Gleichspannung transformiert werden kann.
Gleichspannung ist, was aus einer Batterie kommt. Da sind Plus- und Minuspol immer gleich. Aus der Steckdose kommt Wechselspannung. Das heißt, dass ständig (in Deutschland 50 Mal pro Sekunde) Plus- und Minuspol vertauscht werden. Ein Transformator funktioniert nur mit Wechselstrom (Wechselspannung kann man auch dazu sagen). Das liegt an seiner Funktionsweise. Ein Transformator besteht aus zwei nebeneinander liegenden Spulen (dünner, aufgewickelter Draht), die nicht mit einander verbunden sind. Durch die eine Spule wird nun Strom geschickt. Das Induktionsgesetz besagt, dass durch Änderung des Stroms in einer Spule ein Magnetfeld erzeugt wird. Das passiert beim Gleichstrom nicht, weil ja Plus und Minus gleich bleiben. Bei Wechselstrom ändert sich ständig die Spannung und damit auch der Strom.
Warum soll sich ein Magnetfeld bilden? Ein Magnetfeld kann in Spulen wieder einen Strom erzeugen. Was dann im Transformator in der zweiten Spule passiert. Ohne das Magnetfeld gibt es auch keinen Strom in der zweiten Spule.
Schließlich kann man noch ein paar Eigenschaften zwischen den Spulen ändern (zum Beispiel dass die eine doppelt so viele Drahtwindungen hat wie die andere), sodass sich die Spannung ändert, was ja auch der Zweck eines Transformators ist.
Es gibt auch Transformatoren, die mit Gleichspannung betrieben werden. Z.B. die Zündspule im Auto. Da gibt es aber keine kontinuierliche Ausgangsspannung, sondern einen Spannungsimpuls in dem Moment, in dem die Gleichspanung abgeschaltet wird.
Nur mal angenommen der Unterbrecherkontakt würde 50 x sek. unterbrechen, was würde da herauskommen Wechsestrom oder Gleichstrom.
Weil Transformatoren mit Gleichspannung nicht funktionieren. Man braucht für elektromagnetische Induktion eine Magnetfeldänderung. Und bei Wechselstrom ändert sich die Stromstärke und damit auch die Magnetfeldstärke des dadurch erzeugten Magnetfelds ständig, bei Gleichstrom nicht.
Es gab Experimentaltransformatoren die tatsächlich mit Gleichspannung funktionierten. Hierbei wurde mit Supraleitern experimentiert und der Wirkungsgrad war grottenschlecht, aber es hat funktioniert.